(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部が開口する筒状の固体電解質の内面に燃料極が形成されると共に外面に空気極が形成された筒状燃料電池単セルと、
筒状燃料電池単セルの両端部を閉塞可能な蓋体と、
起動用燃料を燃焼して還元ガスを生成するバーナと、
発電用燃料ガス供給流路と、
発電用燃料ガス排出流路とを少なくとも備え、
バーナを点火して発生する火炎からの熱を筒状燃料電池単セルの内面に直接受熱させ、バーナで生成される還元ガスを燃料極に供給しつつ酸化剤ガスを空気極に供給可能であって、
更に、筒状燃料電池単セルと蓋体とを隔壁として、発電用燃料ガス供給流路と発電用燃料ガス排出流路を除いて密閉された燃料極室を形成し、発電用燃料ガス供給流路を通じて発電用燃料ガスを燃料極室に供給しつつ酸化剤ガスを空気極に供給可能であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記蓋体は、筒状燃料電池単セルの両端部にそれぞれ設けられ、該蓋体のうちいずれか又は両方が、開閉可能であるか若しくは開閉可能な開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
燃料極に供給された還元ガスを排出するためのガス排出流路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記バーナに点火した状態において、筒状燃料電池単セル内部にバーナの火炎が導入され、燃料極が還元炎に曝されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４にいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の使用方法であって、
バーナを点火して、還元ガスの熱と火炎からの輻射熱とによって燃料電池単セルを発電可能温度に昇温させ、還元ガスを燃料として発電を開始した後、
バーナを消火すると共に、筒状燃料電池単セルと蓋体とを隔壁として、発電用燃料ガス供給流路と発電用燃料ガス排出流路を除いて密閉された燃料極室を形成し、該燃料極室に発電用燃料ガス供給流路を通じて発電用燃料ガスを供給して発電を継続することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体酸化物形燃料電池の構造、及びその固体酸化物形燃料電池の使用方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書においては、バーナで燃焼させることによって還元ガスを生成可能な物質を起動用燃料という。
また、固体酸化物形燃料電池が発電する際に燃料となる成分（以下、燃料成分ともいう。）を含んだ気体を発電用燃料ガスという。
【０００３】
また、還元ガスとは、起動用燃料が不完全燃焼して発生するガス、及び起動用燃料が燃焼する過程のガスであって、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）など、還元成分を含むガスである。起動用燃料が燃焼する過程のガスとは、具体的には、起動用燃料を燃焼する火炎中の一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）などを含む還元炎（内炎ともいう）部分のガス成分である。
還元ガスは燃料成分となる一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）などを含んでおり、前記発電用燃料ガスの一種である。
【背景技術】
【０００４】
固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣともいう）は、電解質として固体酸化物を使用すること、動作環境（発電可能温度）が高温であることに特徴がある。
【０００５】
ＳＯＦＣは、電解質を挟んで一方の側に燃料極を備え、他方の側に空気極を備え、燃料極側には燃料ガスを、空気極側には酸化剤ガスを供給し、電解質を介して燃料と酸化剤を電気化学的に反応させることにより発電する発電装置である。燃料極側には燃料ガスを、空気極側には酸化剤ガスを供給し、燃料極と空気極を電気回路で接続することで、該電気回路に電流が流れる。
【０００６】
燃料極と空気極を備えた電解質は単セルと呼ばれ、この単セルとして、平板型、筒型、又はハニカム型など様々な形状のものが考案され、実用化が図られている。
【０００７】
また、これらの単セルには燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する際には、それぞれのガスの流路を確保し、その流路を通してガスを供給する方法が一般的である。
【０００８】
単セルを発電可能温度まで昇温させる方法として、単セルの周囲に設置した電気ヒーターやガスバーナ等の熱源を用いて温度を上昇させる方法が用いられてきた。
【０００９】
それ以外の昇温方法としては、高温のガスを燃料ガス流路や酸化剤ガス流路に供給し、ガスの熱によって単セルの温度を上昇させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【００１０】
また、ガスバーナ等の熱源を用いて温度を上昇させる方法と、ガスの熱によって単セルの温度を上昇させる方法とを組み合わせた昇温方法も提案されている（特許文献２）。
【００１１】
一方、燃料ガス流路や酸化剤ガス流路を設けずに、単セルの空気極を空気（酸化剤ガス）に曝した状態で、燃料極にガスバーナの還元炎を直接あてて単セルの温度を上昇させ、還元炎中の燃料成分が燃料極に供給されることによって発電する方法も提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１０９６４１号公報
【特許文献２】特開平１１−１６２４９２号公報
【特許文献３】特開２００７−４２３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記した単セルの昇温方法のうち、単セルの周囲に設置した熱源を利用する方法では、熱源によって単セルを急激に加熱すると、単セルの温度分布が不均一になり、熱衝撃が生じて単セルが破損しやすいため、時間をかけて徐々に昇温する必要があった。一方、高温のガスを燃料ガス流路や酸化剤ガス流路に供給する方法では、熱衝撃は生じにくいものの、昇温にはやはり時間を要した。
【００１４】
これらの方法に比べて、燃料極にガスバーナの還元炎を直接あてる方法は、高温となる還元炎の熱に加えて、火炎の輻射熱を燃料極で受熱できるため、非常に短時間で単セルを昇温させて発電を開始させることができる。しかしながら、この方法では、燃料ガスを燃焼させて用いるために、燃料ガスを改質して燃料とする場合と比べて、単位量あたりの燃料ガスから得られる電力量が少なく、発電効率が悪いという問題点があった。
【００１５】
本発明は、これらの問題点に着目してなされたものであり、単セルを短時間で昇温して発電を開始させることができ、発電開始後の発電効率に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する請求項１の発明は、両端部が開口する筒状の固体電解質の内面に燃料極が形成されると共に外面に空気極が形成された筒状燃料電池単セルと、筒状燃料電池単セルの両端部を閉塞可能な蓋体と、起動用燃料を燃焼して還元ガスを生成するバーナと、発電用燃料ガス供給流路と、発電用燃料ガス排出流路とを少なくとも備え、バーナを点火して発生する火炎からの熱を筒状燃料電池単セルの内面に直接受熱させ、バーナで生成される還元ガスを燃料極に供給しつつ酸化剤ガスを空気極に供給可能であって、更に、筒状燃料電池単セルと蓋体とを隔壁として、発電用燃料ガス供給流路と発電用燃料ガス排出流路を除いて密閉された燃料極室を形成し、発電用燃料ガス供給流路を通じて発電用燃料ガスを燃料極室に供給しつつ酸化剤ガスを空気極に供給可能であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池である。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池において、前記蓋体は、筒状燃料電池単セルの両端部にそれぞれ設けられ、該蓋体のうちいずれか又は両方が、開閉可能であるか若しくは開閉可能な開口部を有していることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池において、燃料極に供給された還元ガスを排出するためのガス排出流路を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池において、前記バーナに点火した状態において、筒状燃料電池単セル内部にバーナの火炎が導入され、燃料極が還元炎に曝されることを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４にいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の使用方法であって、バーナを点火して、還元ガスの熱と火炎からの輻射熱とによって燃料電池単セルを発電可能温度に昇温させ、還元ガスを燃料として発電を開始した後、バーナを消火すると共に、筒状燃料電池単セルと蓋体とを隔壁として、発電用燃料ガス供給流路と発電用燃料ガス排出流路を除いて密閉された燃料極室を形成し、該燃料極室に発電用燃料ガス供給流路を通じて発電用燃料ガスを供給して発電を継続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、単セルを短時間で昇温して発電を開始させることができ、発電開始後の発電効率に優れた固体酸化物形燃料電池、及びその使用方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜６を用いて説明する。
なお、図１〜６に示す固体酸化物形燃料電池の図面では、電流を取り出すために燃料極及び空気極に接続する配線やインターコネクタ、必要に応じて燃料極や空気極上に設けられる集電材等、本発明の要旨に関係のない部分は図示を省略している。
【００２３】
本発明の固体酸化物形燃料電池１ａの、簡易モデルの断面の概略を図３に示す。図３に記載したように、本発明の固体酸化物形燃料電池１ａは、筒状燃料電池単セル１０と、筒状燃料電池単セル１０の両端部を閉塞可能な蓋体２１，２２と、起動用燃料を燃焼して還元ガスを生成するバーナ３０と、発電用燃料ガス供給流路４０と、発電用燃料ガス排出流路５０とを少なくとも備えている。
【００２４】
筒状燃料電池単セル１０は、図１及び図２に示したものを使用している。
筒状燃料電池単セル１０は、両端部が開口する円筒状の固体電解質１１の内面に燃料極１２が形成されると共に外面に空気極１３が形成されたものである。筒状燃料電池単セル１０の形状は、筒状であれば特に限定しないが、バーナ３０によって昇温する際に、温度分布が均一になり易く、熱衝撃による破損を起こし難い略円筒状のものが好ましい。最も好ましくは円筒状である。
【００２５】
円筒状の固体電解質１１の材料は、酸素イオン導電性を有する公知のセラミックス材料を用いればよく、例えば、イットリア安定化ジルコニア(８ＹＳＺ)、イットリア部分安定化ジルコニア(３ＹＳＺ)、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、ガドリアドープセリア（ＧＤＣ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）、ランタンガレート（ＬＳＧＭ）、コバルト添加ランタンガレート（ＬＳＧＭＣ）などを挙げることができる。これらは、１種類で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００２６】
燃料極１２の材料は、燃料電池の燃料極の材料として公知のものを用いればよく、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇなどの酸化物、又はこれらの酸化物の混合物などが挙げられる。また、これらを前記固体電解質材料と混合物したものを用いてもよい。
【００２７】
空気極１３の材料は、燃料電池の空気極の材料として公知のものを用いればよく、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎなどの複合酸化物、又はこれらの複合酸化物の混合物などが挙げられる。前記複合酸化物としては、ＳＳＣ；（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、ＬＳＭ；（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、ＬＳＣ；（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３、ＬＮＦ；（ＬａＮｉ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３）、（Ｌａ，Ｃａ）ＭｎＯ３などがある。
【００２８】
また、筒状燃料電池単セル１０には、必要に応じて、例えば、燃料極や空気極の集電材、インターコネクタ等のような一般的に燃料電池単セルが備えるパーツが形成されていてもよい。
【００２９】
蓋体２１，２２は、筒状燃料電池単セル１０の端部の開口部を開閉可能に設けられている。固体酸化物形燃料電池１ａでは、蓋体２１，２２は、それぞれ上下に移動可能であって、図３（ａ）のように開いた状態から、蓋体２１を下方に移動せると共に蓋体２２を上方に移動させて、図３（ｂ）のように筒状燃料電池単セル１０を挟みこむようにして閉じることができる。なお、蓋体２１，２２を稼動して開閉させる手段や装置は任意であって、特に限定されない。
【００３０】
そして、図３（ｂ）のように、蓋体２１，２２を閉じることによって、蓋体２１，２２と筒状燃料電池単セル１０とを隔壁として、発電用燃料ガス供給流路４０と発電用燃料ガス排出流路５０を除いて密閉された燃料極室６０を形成することができる。
【００３１】
蓋体２１，２２の材料は、固体酸化物形燃料電池１ａの発電時の高温に耐えられるだけの耐熱性があるものであれば特に限定されない。例えば、前記した円筒状の固体電解質１１に使用可能な材料や、シリカ、コージェライト、チタン酸アルミ、炭化窒素、窒化珪素等のセラミックを挙げることができる。
【００３２】
固体酸化物形燃料電池１ａの発電に用いる起動用燃料は、不完全燃焼して還元ガスを生成可能な気体又は液体、或いは燃料する際に還元炎を形成する気体又は液体を用いればよく、例えば、メタン （ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等のパラフィン系炭化水素、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）等のオレフィン系炭化水素等の炭化水素系ガス、又はこれらの炭化水素系ガスを含む混合ガス等が挙げられる。また、メタノール、エタノール、石油、灯油、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）等も燃焼によって還元ガス（還元炎）を成形可能であり、起動用燃料として用いることができる。
起動用燃料を不完全燃焼させれば、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、ＯＨラジカル、ＣＨラジカル等の還元成分を含む還元ガスが得られる。また、起動用燃料を完全燃焼する場合でも、火炎の還元炎中には還元成分が含まれるので、還元炎の成分を還元ガスとして利用してもよい。
【００３３】
発電用燃料ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）などの燃料成分を含む気体を用いればよく、例えば、上記の炭化水素系ガス等を水蒸気改質したものなどが挙げられる。また、前記起動用燃料から生成できる還元ガスも発電用燃料ガスとして利用できる。
【００３４】
前記起動用燃料と発電用燃料ガスの原ガス（改質する前のガス）は別々のガスを用いてもよいが、固体酸化物形燃料電池１ａのシステムを簡素化するためには、同一のガスを用いることが好ましい。
【００３５】
以下に、固体酸化物形燃料電池１ａを用いた使用方法について説明する。
まず、筒状燃料電池単セル１０を筒の軸が略垂直になる様にセットして、固体酸化物形燃料電池１ａの蓋体２１，２２を開いた状態とする。蓋体２１，２２を開く目的は、バーナ３１を点火した際に起動用燃料を燃焼して火炎３１を形成するのに必要な空気を筒状燃料電池単セル１０の下側の開口部から取り込むためと、筒状燃料電池単セル１０の内部に供給されたガス（起動用燃料の燃焼排ガス、余剰空気など）を筒状燃料電池単セル１０の上側の開口部から放出するためである。こうすることで、バーナ３１を点火することによって筒状燃料電池単セル１０内に下から上に向かう気体の流れが生じ、火炎３１が生成する還元ガスを継続して燃料極１１に供給することができる。
【００３６】
次に、バーナ３０を点火する。バーナ３０は、起動用燃料と空気とを予混合して燃焼させる。このとき、予混合する空気、及び筒状燃料電池単セル１０の開口部から取り込まれる空気は起動用燃料が完全燃焼するのに十分な量であり、起動用燃料は火炎３１において完全燃焼される。
また、バーナ３０は、略垂直に設置された筒状燃料電池単セル１０の筒の下方延長線上に設置されているので、バーナ３０の火炎３１は、筒状燃料電池単セル１０の内部に導入され、筒状燃料電池単セル１０を貫通するように形成される。
【００３７】
また、このとき、筒状燃料電池単セル１０の燃料極１２が火炎３１の還元炎に曝されるように火炎３１を調整する。なお、火炎３１の調整は、起動用燃料の供給量、予混合用の空気の供給量等によって行なう。
【００３８】
このように火炎３１を形成することで、筒状燃料電池単セル１０は、その内面が還元炎のガス成分の熱を受熱し、それに加えて、内面が火炎３１から発せられる輻射熱を直接受熱することで温められて発電可能温度まで昇温する。
【００３９】
一方、固体酸化物形燃料電池１ａでは、筒状燃料電池単セル１０の空気極１３は、大気に開放されている。それによって、空気極１３には、大気の成分である空気が拡散供給され、空気中に含まれる酸素を酸化剤ガスとして発電が可能となる。
【００４０】
従って、バーナ３０を点火して、筒状燃料電池単セル１０が発電可能温度まで昇温されると、還元炎のガス成分を発電用燃料ガス、空気中の酸素を酸化剤ガスとして発電が開始される。
【００４１】
このままバーナ３０を点火しておけば発電を継続することができるが、この発電方法では、還元ガス中の燃料成分（水素、一酸化炭素）の一部が発電に使用され、残りの燃料成分は筒状燃料電池単セル外に放出されてしまうため、起動用燃料単位量あたりの得られる電力量が少なく、発電効率が悪い。また、発電が開始されれば、燃料極及び空気極での反応は発熱を従うため、バーナ３０での加熱は不要となる。
そこで、筒状燃料電池単セル１０が発電可能温度を超えた状態で、バーナ３０を消火して発電用燃料ガスでの発電に切り替えることが望ましい。
【００４２】
そのために、発電を開始した後に、バーナ３０を消火すると共に、筒状燃料電池単セル１０と蓋体２１，２２とを隔壁として、発電用燃料ガス供給流路４０と発電用燃料ガス排出流路６０を除いて密閉された燃料極室６０を形成する。
なお、燃料極室６０には、発電用燃料ガス供給流路４０と発電用燃料ガス排出流路５０以外にも、バーナ３０に起動用燃料や空気を供給していた管（流路）が接続されているが、本明細書では、このような流路が存在しても、流路の気体の流れが止められていれば燃料極室６０は密閉されているものとする。
【００４３】
このとき、筒状燃料電池単セル１０の空気極１３は、引き続き大気に開放されており、空気中に含まれる酸素が酸化剤ガスとして拡散供給されている。
【００４４】
従って、燃料極室６０を形成した後に、燃料極室６０に発電用燃料ガス供給流路４０を通じて発電用燃料ガスを供給すれば、燃料極に発電用燃料ガス、空気極には酸化剤ガスが供給されて発電を継続することができる。なお、燃料極での反応に利用された使用済みの発電用燃料ガスは、発電用燃料ガス排出流路５０を通じて燃料極室６０から排出される。
【００４５】
前記した切り替え後の発電では、発電用燃料ガスの燃料成分を外部に逃がすことなく燃料極で効率よく反応させることができ、切り替え前の発電より発電効率がよい。また、バーナで生成する還元ガスに比べて燃料成分を多く含んだ水蒸気改質ガスを利用できるので、より発電効率に優れる。
【００４６】
上記実施形態によると以下の効果を得ることができる。
・  筒状燃料電池単セル１０の昇温に、起動用燃料の燃焼ガスの熱だけでなく、火炎３１の輻射熱も利用するため短時間で昇温して発電を開始させることができる。
【００４７】
・  バーナの火炎を筒状燃料電池単セル１０内部に形成し、その火炎の熱によって筒状燃料電池単セル１０を昇温させるため、熱のロスが少なく、効率よく筒状燃料電池単セル１０を昇温させることができる。
【００４８】
・  筒状燃料電池単セル１０を昇温するための燃焼ガスからの受熱と、火炎３１の輻射熱の受熱をいずれも筒状燃料電池単セル１０の内面で行なうことで、温度分布が均一になり、熱衝撃による破損を起こし難い。
【００４９】
・  筒状燃料電池単セル１０が筒状であることによって、蓋体２１，２２を利用して、燃料極室６０を容易に形成することができる。
【００５０】
・  蓋体２１，２２はその熱容量を利用してバーナ３０を点火している間に蓄熱できるので、還元ガスでの発電から発電用燃料ガスでの発電に切り替えるためにバーナ３０を消火して燃料極室６０を形成する間に、筒状燃料電池単セル１０の温度が低下するのを抑えることができる。これによって、発電用燃焼ガスでの発電に伴う自立熱の発生まで、筒状燃料電池単セル１０を発電可能温度に保ち易くなる。
【００５１】
・  バーナ３０による火炎３１の還元炎によって発電を開始した後に、還元炎による発電から発電用燃料ガスによる発電に切替えることができるため、発電開始後の発電効率に優れる。
【００５２】
（変更例）
本発明の固体酸化物形燃料電池は、実施形態１に示した固体酸化物形燃料電池１ａに限定されるものではなく、例えば、実施形態１を以下のように変更して実施することもできる。
【００５３】
・  実施形態１においては、空気極が大気に開放した構造とすることで、空気極に酸化剤ガス（空気中の酸素）を供給したが、例えば、図４に示す固体酸化物形燃料電池１ｂのように、固体酸化物形燃料電池１ａに、空気極を大気から隔離するように酸化剤ガス流路７０を設け、そこに酸化剤ガスを供給する方法を採用してもよい。
【００５４】
・  実施形態１においては、蓋体２１，２２を開閉することによって筒状燃料電池単セル１０内への空気の取り込み及び放出ができる状態と、密閉された燃料極室６０を形成した状態との切替えを行なっていたが、これ以外の切替え方法を採用してもよい。
例えば、図５に示す固体酸化物形燃料電池１ｃでは、図５（ｃ）のように、蓋体２３，２４は予め閉じておいて、蓋体２３，２４に設けた開口部２９ａ、２９ｂ、２９ｃを開くことによって空気の取り込み及び放出を行い、図５（ｄ）のように、開口部２９ａ、２９ｂ、２９ｃを閉じることによって密閉された燃料極室６０を形成する。なお、開口部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの開閉手段や開閉装置は任意であって、特に限定されない。
また、空気の取り込み及び放出を燃料極室６０に接続された流路を通じて行なってもよい。例えば、図６に示す固体酸化物形燃料電池１ｄでは、下側の蓋体２４には開閉可能な開口部２９ａ、２９ｂを設け、上側の蓋体に還元ガス排出流路８０を接続し、その流路を通じて筒状燃料電池単セル１０内のガスの放出を行なう。
【００５５】
・  実施形態１のように、発電用燃料ガス供給流路４０を単独で設けず、バーナの点火時に起動用燃料を供給している流路を、バーナの消火時には発電用燃料ガス供給流路に切り替えるなどして、還元ガスよる発電時と発電用燃料ガスによる発電時とで、一つの流路を異なるガスの流路として利用してもよい。このようにすることで、流路の数を減らして、固体酸化物形燃料電池の構造を簡素化することができる。
このような例として、図６に示す固体酸化物形燃料電池１ｄでは、火炎の還元ガスよる発電時には還元ガス排出流路８０として利用していた流路を、燃料極室６０に供給する発電用燃料ガスによる発電時には発電用燃料ガス排出流路５０として利用している。
【００５６】
・  実施形態１においては、バーナ３０は、蓋体２２に固定されて設置されているが、バーナ３０は蓋体２２に固定せずに、別々に設置することもできる。
バーナを蓋体に固定しない場合には、実施形態１とは異なり、蓋体を閉めたときにバーナが燃料極室内に存在しない形態にすることもできる。
【００５７】
・  実施形態１においては、筒状燃料電池単セル１０の燃料極１２が火炎３１の還元炎に曝されるようにバーナ３０を設置して、還元炎を利用して発電を開始したが、バーナ３０によって起動用燃料を不完全燃焼させて還元ガスを発生させ、その還元ガスによって発電を開始することもできる。
起動用燃料を不完全燃焼させるためには、火炎への空気の供給を減し、完全燃焼に十分な量の空気が火炎に供給されないようにすればよい。空気の供給量は、予混合用の空気量を調整したり、筒状燃料電池単セルの開口部から取り込まれる空気量を調整したりするなどして調整を行なえばよい。開口部から取り込まれる空気量は、蓋体を開いたときの筒状燃料電池単セルと蓋体間の隙間の幅や、蓋体に設けた開口部の大きさ等の変更によって調整することができる。
不完全燃焼させるために空気の供給量を容易に調整するためには、筒状燃料電池単セル下側又は上側の蓋体は閉じた状態でバーナを点火して、予混合用の空気量のみを調整するのがよい。
但し、不完全燃焼をさせた還元ガスを利用する場合には、筒状燃料電池単セル内を通過した使用済み還元ガスにも一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）などの有毒なガスが含まれるため、使用済み還元ガスを大気に放出する前に有毒ガスを排除する必要がある。そのため、何らかの有毒ガス排除手段を設ける必要があり、固体酸化物形燃料電池の構造が複雑になる。
そのため、固体酸化物形燃料電池の構造を簡素化するためには、実施形態１のように起動用燃料を完全燃焼させて、還元炎を利用する方法が望ましい。完全燃焼させれば、排ガスには一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）が含まれないので、有毒ガス排除手段は不要である。また、不完全燃焼させるよりも、空気量の調整が容易である。また、不完全燃焼に比べて発生する熱量が大きいため、起動時に筒状燃料電池単セルを発電可能温度まで速やかに昇温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】筒状燃料電池単セルの概略図（上面図、正面図）
【図２】図１に示す筒状燃料電池単セルのＡ−Ａ´断面の概略図
【図３】固体酸化物形燃料電池の簡易モデルの断面の概略図
【図４】固体酸化物形燃料電池の簡易モデルの断面の概略図
【図５】固体酸化物形燃料電池の簡易モデルの断面の概略図
【図６】固体酸化物形燃料電池の簡易モデルの断面の概略図
【図１】
0005514049.tif 000002
【図２】
0005514049.tif 000003
【図３】
0005514049.tif 000004
【図４】
0005514049.tif 000005
【図５】
0005514049.tif 000006
【図６】
0005514049.tif 000007